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Fri Apr 11 03:29:22 AM UTC 2025
Python 3.11.12

14. 数値データに対する前処理コード例#

  • 変更履歴

    • 2024年5月: quilt 周りで不具合あり。そこでquiltは使用せず、別途データセットをファイルとして用意して利用するように修正。本コードを実行する際には、別に用意している youtuber.xlsx をダウンロードしてから実行してください。

    • 2025年4月11日: matplotlib => plotlyに変更。

  • ref.

  • 全体の流れ

    • データセットの準備。

    • 数値データに対する前処理の例

      • 手法1:バイナリ化

      • 手法2:アドホックな離散化

      • 手法3:統計的な離散化

      • 手法4:ログスケール化

        • デフォルトとログスケールとの比較

      • 手法5:標準化

      • 手法6:min-maxスケーリング

    • 特徴ベクトルに対する前処理の例

      • 手法7:正規化

      • 手法8:正規分布への写像

        • デフォルトとbox-cox写像との比較

14.1. 環境構築#

#!pip install quilt
#!quilt install haradai1262/YouTuber

14.2. データセットの準備#

#from quilt.data.haradai1262 import YouTuber
import numpy as np
import pandas as pd
#import matplotlib.pyplot as plt
import plotly.express as px
import plotly.graph_objects as go

#df = YouTuber.channels.UUUM()
#df = YouTuber.channel_videos.UUUM_videos()
df = pd.read_excel("youtuber.xlsx")

# check the descriptive statistics of numerical data
df.describe()
viewCount likeCount favoriteCount dislikeCount commentCount TopicIds idx
count 6.627900e+04 64256.000000 66289.0 64256.000000 65997.000000 0.0 66289.000000
mean 4.545539e+05 3233.703390 0.0 296.430014 533.418807 NaN 235.730136
std 1.328105e+06 9768.090605 0.0 1633.734833 2253.437482 NaN 142.868881
min 0.000000e+00 0.000000 0.0 0.000000 0.000000 NaN 1.000000
25% 3.907100e+04 266.000000 0.0 23.000000 55.000000 NaN 111.000000
50% 1.214190e+05 776.000000 0.0 67.000000 150.000000 NaN 229.000000
75% 3.512260e+05 2260.000000 0.0 201.000000 394.000000 NaN 357.000000
max 8.664236e+07 630051.000000 0.0 213677.000000 227598.000000 NaN 501.000000
# the description of data frame
df.head()
id title description liveBroadcastContent tags publishedAt thumbnails viewCount likeCount favoriteCount ... commentCount caption definition dimension duration projection TopicIds relevantTopicIds idx cid
0 R7V5d94XkGQ 【大食い】超高級寿司店で3人で食べ放題したらいくらかかるの!?【大トロ1カン2,000円】 提供:ポコロンダンジョンズ\n\n\n\niOS:https://bit.ly/2sGgOR... none ['ヒカキン', 'ヒカキンtv', 'hikakintv', 'hikakin', 'ひか... 2018-06-30T04:00:01.000Z https://i.ytimg.com/vi/R7V5d94XkGQ/default.jpg 2244205.0 27703.0 0 ... 8647.0 False hd 2d PT21M16S rectangular NaN ['/m/02wbm', '/m/019_rr', '/m/019_rr', '/m/02w... 1 UCZf__ehlCEBPop___sldpBUQ
1 2R9_bkcWNd4 【女王集結】女性YouTuberたちと飲みながら本音トークしてみたら爆笑www しばなんチャンネルの動画\n\n\n\nhttps://www.youtube.com/wa... none ['ヒカキン', 'ヒカキンtv', 'hikakintv', 'hikakin', 'ひか... 2018-06-29T08:00:01.000Z https://i.ytimg.com/vi/2R9_bkcWNd4/default.jpg 1869268.0 30889.0 0 ... 8859.0 False hd 2d PT18M38S rectangular NaN ['/m/04rlf', '/m/02jjt', '/m/02jjt'] 2 UCZf__ehlCEBPop___sldpBUQ
2 EU8S-zxS9PI 【悪質】偽物ヒカキン許さねぇ…注意してください!【なりすまし】 ◆チャンネル登録はこちら↓\n\n\n\nhttp://www.youtube.com/us... none ['ヒカキン', 'ヒカキンtv', 'hikakintv', 'hikakin', 'ひか... 2018-06-27T08:38:55.000Z https://i.ytimg.com/vi/EU8S-zxS9PI/default.jpg 1724625.0 33038.0 0 ... 11504.0 False hd 2d PT6M12S rectangular NaN ['/m/04rlf', '/m/02jjt', '/m/02jjt'] 3 UCZf__ehlCEBPop___sldpBUQ
3 5wnfkIfw0jE ツイッターのヒカキンシンメトリーBotが面白すぎて爆笑www ◆チャンネル登録はこちら↓\n\n\n\nhttp://www.youtube.com/us... none ['ヒカキン', 'ヒカキンtv', 'hikakintv', 'hikakin', 'ひか... 2018-06-25T07:46:07.000Z https://i.ytimg.com/vi/5wnfkIfw0jE/default.jpg 1109029.0 25986.0 0 ... 6852.0 False hd 2d PT6M31S rectangular NaN ['/m/04rlf', '/m/02jjt', '/m/02jjt'] 4 UCZf__ehlCEBPop___sldpBUQ
4 -6duBsde_XM 【放送事故】酒飲みながら東海オンエア×ヒカキンで質問コーナーやったらヤバかったwww 提供:モンスターストライク\n\n\n\n▼キャンペーンサイトはこちら\n\n\n\nhtt... none ['ヒカキン', 'ヒカキンtv', 'hikakintv', 'hikakin', 'ひか... 2018-06-21T08:00:00.000Z https://i.ytimg.com/vi/-6duBsde_XM/default.jpg 1759797.0 33923.0 0 ... 4517.0 False hd 2d PT27M7S rectangular NaN ['/m/098wr', '/m/019_rr', '/m/02wbm', '/m/019_... 5 UCZf__ehlCEBPop___sldpBUQ

5 rows × 21 columns

# column 'viewCount''
df['viewCount'].sort_values()
viewCount
24426 0.0
14789 0.0
16400 0.0
12752 0.0
47228 0.0
... ...
45854 NaN
45856 NaN
45860 NaN
45864 NaN
45865 NaN

66289 rows × 1 columns


“NaN” = Not a Numberの略で直訳すると「数字ではない」。データセットでは欠落しており、データフレームとして読み込むと NaN として保存されることが多い。必要に応じて別途対応が必要。例えばこれらを説明変数として扱うと想定外の動作となることがある。

# drop samples including NaN & 0 on 'viewCount'

print('orig_num = ', len(df))
print('num of NaN = ', df['viewCount'].isna().sum())
df = df[df['viewCount'].notnull()]
print('after_num = ', len(df))

df = df[df['viewCount'] != 0]
print('after_num2 = ', len(df))
orig_num =  66289
num of NaN =  10
after_num =  66279
after_num2 =  66231
df['viewCount'].describe()
viewCount
count 6.623100e+04
mean 4.548834e+05
std 1.328530e+06
min 2.000000e+00
25% 3.919150e+04
50% 1.215850e+05
75% 3.515195e+05
max 8.664236e+07

# 1枚目: リニアスケール
fig1 = go.Figure()
fig1.add_trace(go.Histogram(x=df['viewCount'], nbinsx=100))
fig1.update_xaxes(title_text='ViewCount')
fig1.update_yaxes(title_text='Frequency')
fig1.update_layout(
    title='histgram of viewCount (linear)',
    height=500, width=700
)
fig1.show()
# 2枚目: ログスケール
fig2 = go.Figure()
fig2.add_trace(go.Histogram(x=df['viewCount'], nbinsx=100))
fig2.update_xaxes(title_text='ViewCount')
fig2.update_yaxes(title_text='Frequency (log)', type='log')
fig2.update_layout(
    title='histgram of viewCount (log)',
    height=500, width=700
)
fig2.show()

14.3. 数値データに対する前処理の例#

14.3.1. 手法1:バイナリ化(binarization)#

# preprocess method 1: binarization by mean value

THRESHOLD = df['viewCount'].mean()
new_column = df['viewCount'] > THRESHOLD
new_column = np.where(new_column == True, 1, 0)
temp = pd.DataFrame(df['viewCount'])
temp['binary'] = new_column
temp.head()
viewCount binary
0 2244205.0 1
1 1869268.0 1
2 1724625.0 1
3 1109029.0 1
4 1759797.0 1

14.3.2. 手法2:アドホックな離散化(ad-hoc discretization)#

# preprocess method 2: discretization 1, ad-hoc division
floor = 10000
new_column = np.floor_divide(df['viewCount'], floor)
temp['discret_floor'] = new_column
temp.head()
viewCount binary discret_floor
0 2244205.0 1 224.0
1 1869268.0 1 186.0
2 1724625.0 1 172.0
3 1109029.0 1 110.0
4 1759797.0 1 175.0
# default (logスケール)
fig3 = go.Figure()
fig3.add_trace(go.Histogram(x=temp['viewCount'], nbinsx=100))
fig3.update_xaxes(title_text='viewCounts')
fig3.update_yaxes(title_text='Freqency (log)', type='log')
fig3.update_layout(
    title='default',
    height=500, width=700
)
fig3.show()
# discret_floor (logスケール)
fig4 = go.Figure()
fig4.add_trace(go.Histogram(x=temp['discret_floor'], nbinsx=100))
fig4.update_xaxes(title_text='discret_floor')
fig4.update_yaxes(title_text='Freqency (log)', type='log')
fig4.update_layout(
    title='discret_floor',
    height=500, width=700
)
fig4.show()

14.3.3. 手法3:統計的な離散化#

# preprocess method 3: discretization 2, quantilzation
discret_num = 4
ranges = np.linspace(0, 1, discret_num)
data = df['viewCount'].quantile(ranges)
data
viewCount
0.000000 2.000000e+00
0.333333 5.913133e+04
0.666667 2.408843e+05
1.000000 8.664236e+07

new_column = pd.qcut(df['viewCount'], discret_num, labels=False)
temp['discret_quantile'] = new_column
temp
viewCount binary discret_floor discret_quantile
0 2244205.0 1 224.0 3
1 1869268.0 1 186.0 3
2 1724625.0 1 172.0 3
3 1109029.0 1 110.0 3
4 1759797.0 1 175.0 3
... ... ... ... ...
66284 131489.0 0 13.0 2
66285 13271.0 0 1.0 0
66286 76266.0 0 7.0 1
66287 282447.0 0 28.0 2
66288 6900.0 0 0.0 0

66231 rows × 4 columns

# default (logスケール)
fig5 = go.Figure()
fig5.add_trace(go.Histogram(x=temp['viewCount'], nbinsx=100))
fig5.update_xaxes(title_text='viewCounts')
fig5.update_yaxes(title_text='Freqency (log)', type='log')
fig5.update_layout(
    title='default',
    height=500, width=700
)
fig5.show()
# discret_quantile (logスケール)
fig6 = go.Figure()
fig6.add_trace(go.Histogram(x=temp['discret_quantile'], nbinsx=discret_num*2))
fig6.update_xaxes(title_text='viewCounts (discret_quantile={})'.format(discret_num))
fig6.update_yaxes(title_text='Freqency (log)', type='log')
fig6.update_layout(
    title='discret_quantile',
    height=500, width=700
)
fig6.show()

14.3.4. 手法4:ログスケール化(log-scaling)#

# preprocess method 4: log-scaling
new_column = np.log10(df['viewCount'] + 1)
temp['log10'] = new_column
temp.head()
viewCount binary discret_floor discret_quantile log10
0 2244205.0 1 224.0 3 6.351063
1 1869268.0 1 186.0 3 6.271672
2 1724625.0 1 172.0 3 6.236695
3 1109029.0 1 110.0 3 6.044943
4 1759797.0 1 175.0 3 6.245463

14.3.5. デフォルトとログスケールとの比較#

# default
fig7 = go.Figure()
fig7.add_trace(go.Histogram(x=temp['viewCount'], nbinsx=100))
fig7.update_xaxes(title_text='viewCounts')
fig7.update_yaxes(title_text='Freqency')
fig7.update_layout(
    title='default',
    height=500, width=700
)
fig7.show()
# log10
fig8 = go.Figure()
fig8.add_trace(go.Histogram(x=temp['log10'], nbinsx=100))
fig8.update_xaxes(title_text='viewCounts')
fig8.update_yaxes(title_text='Freqency')
fig8.update_layout(
    title='log10',
    height=500, width=700
)
fig8.show()

14.3.6. 手法5:標準化(standardization)#

from sklearn import preprocessing

data = np.array(df['viewCount'].values, dtype='float64')
data = data.reshape(len(data), 1)
new_column = preprocessing.scale(data)
temp['standardization'] = new_column
temp.head()
viewCount binary discret_floor discret_quantile log10 standardization
0 2244205.0 1 224.0 3 6.351063 1.346854
1 1869268.0 1 186.0 3 6.271672 1.064632
2 1724625.0 1 172.0 3 6.236695 0.955757
3 1109029.0 1 110.0 3 6.044943 0.492387
4 1759797.0 1 175.0 3 6.245463 0.982231
mean = np.mean(new_column)
var = np.var(new_column)
print('mean = ', mean, ', var = ', var)

temp['standardization'].describe()
mean =  1.2873900181367037e-17 , var =  1.0
standardization
count 6.623100e+04
mean 1.287390e-17
std 1.000008e+00
min -3.423971e-01
25% -3.128985e-01
50% -2.508795e-01
75% -7.780379e-02
max 6.487481e+01

# default (logスケール)
fig9 = go.Figure()
fig9.add_trace(go.Histogram(x=temp['viewCount'], nbinsx=100))
fig9.update_yaxes(type='log')
fig9.update_xaxes(title_text='viewCounts')
fig9.update_yaxes(title_text='Freqency')
fig9.update_layout(
    title='default',
    height=500, width=700
)
fig9.show()